载人航天新高峰!问天实验舱:机械臂、气闸舱、睡眠区样样俱全( 三 )

问天实验舱、天宫空间站才能有如此优异的构型 。 比如俄目前正在研制的轨道服务站 , 由于没有应用柔性太阳翼 , 刚性太阳翼占据了大部分的空间 , 以致于舱内空间捉襟见肘 , 没有空间就无法整合更多的功能 。

俄轨道服务站舱段配置刚性太阳翼
天和核心舱因为柔性太阳翼的应用 , 有了大柱段+小柱段+节点舱的布局 , 问天实验舱因为柔性太阳翼的应用 , 使得资源舱部分的设计最小化 , 这才有了人员专用气闸舱的设计空间 。

问天舱柔性太阳翼收拢起来占用空间极小
天宫空间站的一个重大创新就是“三舱核心组合体” , 实现了能源管理系统、信息管理系统、控制系统、载人环境系统、热控流体回路系统的高效融合 , 达成了1+1+1等于1的设计目标 , 不论舱段如何增加 , 它们都是浑然一体 , 是相互融合相互支持的关系 。
比如前文所述的节点气闸舱备份功能 , 它不仅能在出舱任务实施前备份 , 还能在出舱任务进行中备份 , 舱外航天员若遇问天气闸舱故障情况 , 可经由节点气闸舱回舱 , 这一关键功能即便是国际空间站也不具备 。

异舱回站
问天实验舱在三舱核心组合体中发挥了备份核心舱的作用 , 姿轨控动力系统、平台控制系统、再生生保系统均可实现对天和核心舱的备份 , 可在应急情况下发挥备份作用 。
如此优异的问天实验舱怎么实现与天和核心舱的在轨组装任务呢?工作舱前端面的转位机械臂是关键 。
问天实验舱由长征5B遥三火箭发射入轨后 , 将在北斗卫星导航系统的帮助下与节点舱前向端口对接 , 此后将于梦天实验舱发射前一个月择机进行在轨转位任务 , 也就是今年9月 。

问天实验舱将采用快速交会对接方案
转位任务是由前向对接口转移至节点舱第四象限侧向停泊口永久对接 , 问天实验舱将通过转位机械臂进行在轨转位 , 这是首选主份方案 。 若转位机械臂失效则启动备份方案 , 由天和机械臂实施转位 , 此备份方案已于天舟二号任务阶段进行过在轨验证 。

天和机械臂捕获天舟二号转位试验
主份方案中的转位机械臂由肩关节连杆、肩关节驱动机构、连接臂、腕关节驱动机构、腕关节、捕获连接机构组成 , 转位任务进行时 , 转位机械臂与节点舱机械臂适配器对接 , 进而转动带动实验舱转位 , 相较于天和机械臂转位方案有着更高的控制精度、高可靠性、结构简单优势 。

转位机械臂

用于转位机械臂对接的“节点舱机械臂适配器”

基于转位机械臂的实验舱转位任务效果图
之所以准备两套方案于转位任务 , 实在是因为这项任务是定胜负的 , 只有转位成功 , 后续的梦天实验舱才能发射 , 空间站运营阶段任务才能随之开启 , 天宫空间站才能真正宣告成功 。

过几个月就能看到的天宫空间站的完整构型
再补充一点 , 问天实验舱与梦天实验舱的长度皆为17.9米 , 两舱对置布局于节点舱两个侧向停泊口 , 由此形成了近四十米的大跨度(加上节点舱直径) , 起到了类似国际空间站桁架的作用 , 两侧太阳翼尽可能避免了相互遮挡 , 提高了受晒率与发供电能力 。
天宫空间站关键技术验证阶段、在轨建造阶段、运营阶段 , 三大阶段各次任务环环相扣 , 是一仗接着一仗打 , 任务是艰巨的 , 但是任务成功之后的收获也将是巨大的 , 作为全球现役唯一由一国承建的大型载人空间站一旦建成 , 将带来一系列的战略红利 。
最后 , 我们祝福航天人 , 祝福问天实验舱一飞冲天马到成功 。

推荐阅读